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IPv4协议属于网络层，其每一次数据的分发都是没有记忆性的。尽管单次发送的IP报文没有记忆性，但是IP报文允许一次的数据分段发送。因为每次发送的IP报文的数据大小是受限的。
struct iphdr {
uint8_t version : 4;
uint8_t ihl : 4;
uint8_t tos;
uint16_t len; //整个IP数据报文的长度
uint16_t id; //id用于接收端整理受到的报文，因为IP报文不一定是按发送顺序到达的。
uint16_t flags : 3; //指示是否允许分段发送，是否是最后一个分段，是否还有分段报文到来等等。
uint16_t frag_offset : 13; //本次报文分段在整个报文中的偏移量
uint8_t ttl; //报文的生命周期
uint8_t proto; //用于只是上一层的协议，通常值为16 (UDP) or 6 (TCP)
uint16_t csum; //校验码，用于检验传输过程是否有位翻转等问题
uint32_t saddr; //源地址
uint32_t daddr; //收地址
uint8_t data[]; //ip报文的正文，这里看来没有对正文的长度做要求
} __attribute__((packed));
检测校验码的函数定义为：
uint16_t checksum(void *addr, int count)
{
/* Compute Internet Checksum for "count" bytes
* beginning at location "addr".
* Taken from https://tools.ietf.org/html/rfc1071
*/
register uint32_t sum = 0;
uint16_t * ptr = addr;
while( count > 1 ) {
/* This is the inner loop */
sum += * ptr++;
count -= 2;
}
/* Add left-over byte, if any */
if( count > 0 )
sum += * (uint8_t *) ptr;
/* Fold 32-bit sum to 16 bits */
while (sum>>16)
sum = (sum & 0xffff) + (sum >> 16);
return ~sum;
}
如果返回结果为0说明没有发生位翻转，数据没有问题。其实知道有这么个函数就行了，checksum的具体实现涉及到信息传输原理方面的知识，没有这方面的基础就不要硬理解了。
ICMP4协议，用于传输一些网络控制的数据的协议，我们在使用ping程序时就是使用的这个协议。
其头部定义为：
struct icmp_v4 {
uint8_t type; //指示发送信息的目的，有42中不同的数字用于表示不同的目的
uint8_t code; //用于进一步解释信息，比如当接收到返回的ICMP数据的type是3（Destination Unreachable）时，code用于解释无法到达的原因。
uint16_t csum; //checksum,同上
uint8_t data[];
} __attribute__((packed));
在源码ip_input.c中包含了ip层接收数据的函数，如下：
int ip_rcv(struct sk_buff *skb)
{
struct iphdr *ih = ip_hdr(skb);
uint16_t csum = -1;
if (ih->version != IPV4) {
print_err("Datagram version was not IPv4\n");
goto drop_pkt;
}
if (ih->ihl < 5) {
print_err("IPv4 header length must be at least 5\n");
goto drop_pkt;
}
if (ih->ttl == 0) {
//TODO: Send ICMP error
print_err("Time to live of datagram reached 0\n");
goto drop_pkt;
}
csum = checksum(ih, ih->ihl * 4, 0);
if (csum != 0) {
// Invalid checksum, drop packet handling
goto drop_pkt;
}
// TODO: Check fragmentation, possibly reassemble
ip_init_pkt(ih);
ip_dbg("in", ih);
/*IP层支持向上传递的TCP协议数据和同层之间传递的ICMP协议数据*/
switch (ih->proto) {
case ICMPV4:
icmpv4_incoming(skb);
return 0;
case IP_TCP:
tcp_in(skb);
return 0;
default:
print_err("Unknown IP header proto\n");
goto drop_pkt;
}
drop_pkt:
free_skb(skb);
return 0;
}
收到一个IP包后要完成一下事情：
tcp_in留到下章讲TCP协议的讲，TCP协议的复杂度远超数据链路层和IP层，算是最麻烦的一章了。
现在来看一下icmpv4_incoming函数
void icmpv4_incoming(struct sk_buff *skb)
{
struct iphdr *iphdr = ip_hdr(skb);
struct icmp_v4 *icmp = (struct icmp_v4 *) iphdr->data;
//TODO: Check csum
switch (icmp->type) {
case ICMP_V4_ECHO:
icmpv4_reply(skb);
return;
case ICMP_V4_DST_UNREACHABLE:
print_err("ICMPv4 received ‘dst unreachable‘ code %d, "
"check your routes and firewall rules\n", icmp->code);
goto drop_pkt;
default:
print_err("ICMPv4 did not match supported types\n");
goto drop_pkt;
}
drop_pkt:
free_skb(skb);
return;
}
从这段代码可以知道，ICMPv4的数据是包裹在IP报文里面的传输的，所以ICMPv4其实可以看作TCP层。
目前icmp仅支持一种类型ICMP_V4_ECHO的应答。
再来看ICMPv4的应答过程：
void icmpv4_reply(struct sk_buff *skb)
{
struct iphdr *iphdr = ip_hdr(skb);
struct icmp_v4 *icmp;
struct sock sk;
memset(&sk, 0, sizeof(struct sock));
uint16_t icmp_len = iphdr->len - (iphdr->ihl * 4);
skb_reserve(skb, ETH_HDR_LEN + IP_HDR_LEN + icmp_len);
skb_push(skb, icmp_len);
icmp = (struct icmp_v4 *)skb->data;
icmp->type = ICMP_V4_REPLY;
icmp->csum = 0;
icmp->csum = checksum(icmp, icmp_len, 0);
skb->protocol = ICMPV4;
sk.daddr = iphdr->saddr;
ip_output(&sk, skb);
free_skb(skb);
}
应答过程同样非常简单，首先同时初始化一个ip报文和一个icmp报文，但是并不需要重新分配内存，直接利用接收到的报文的数据结构改改数据就可以继续用了。
各项数据的设置都非常简单，不多讲了。
然后，你会发现多出来了一个新的结构体 struct sock，看名字就知道是与socket有关的。看到最后，发现 ip_output 函数需要用到这个结构体，查看 ip_output 函数
int ip_output(struct sock *sk, struct sk_buff *skb)
{
struct rtentry *rt;
struct iphdr *ihdr = ip_hdr(skb);
rt = route_lookup(sk->daddr);
if (!rt) {
// TODO: dest_unreachable
print_err("IP output route lookup fail\n");
return -1;
}
skb->dev = rt->dev;
skb->rt = rt;
skb_push(skb, IP_HDR_LEN);
ihdr->version = IPV4;
ihdr->ihl = 0x05;
ihdr->tos = 0;
ihdr->len = skb->len;
ihdr->id = ihdr->id;
ihdr->frag_offset = 0x4000;
ihdr->ttl = 64;
ihdr->proto = skb->protocol;
ihdr->saddr = skb->dev->addr;
ihdr->daddr = sk->daddr;
ihdr->csum = 0;
ip_dbg("out", ihdr);
ihdr->len = htons(ihdr->len);
ihdr->id = htons(ihdr->id);
ihdr->daddr = htonl(ihdr->daddr);
ihdr->saddr = htonl(ihdr->saddr);
ihdr->csum = htons(ihdr->csum);
ihdr->frag_offset = htons(ihdr->frag_offset);
ip_send_check(ihdr);
return dst_neigh_output(skb);
}
这个函数里面调用了两个比较重要的函数：route_lookup和dst_neigh_output。
前者我们稍后再看，先看dst_neigh_output，dst_neigh_output是一个定义在dst.c文件中的函数，其实现为
int dst_neigh_output(struct sk_buff *skb)
{
struct iphdr *iphdr = ip_hdr(skb);
struct netdev *netdev = skb->dev;
struct rtentry *rt = skb->rt;
uint32_t daddr = ntohl(iphdr->daddr);
uint32_t saddr = ntohl(iphdr->saddr);
uint8_t *dmac;
if (rt->flags & RT_GATEWAY) {
daddr = rt->gateway;
}
dmac = arp_get_hwaddr(daddr);
if (dmac) {
return netdev_transmit(skb, dmac, ETH_P_IP);
} else {
arp_request(saddr, daddr, netdev);
/* Inform upper layer that traffic was not sent, retry later */
return -1;
}
}
这个函数做了两个比较重要的事：第一个是查看是否设置了网关的flag，如果有，则IP地址要改为网关的IP，我们知道两个局域网之间要进行通信是必须要经过网关的，但是作者好像目前为止还没有添加任何局域网之间的通信，因为没有看到任何局域网之间寻址算法的代码（看来只能由我来加上了吗）。
第二件事就是调用arp_get_hwaddr函数，利用ARP协议来根据一个IP地址获取相应设备的MAC地址，最后再调用netdev_transmit传输数据。
总的来说，这是一个在同一局域网内传输数据的函数，包括传输给网关。
再来看我们说的 route_lookup 函数。
struct rtentry *route_lookup(uint32_t daddr)
{
struct list_head *item;
struct rtentry *rt = NULL;
list_for_each(item, &routes) {
rt = list_entry(item, struct rtentry, list);
/*如果daddr和rt->dst的非子网掩码的部分相同，说明位于同一局域网内*/
if ((daddr & rt->netmask) == (rt->dst & rt->netmask)) break;
// If no matches, we default to to default gw (last item)
}
return rt;
}
rtentry 的定义如下：
struct rtentry {
struct list_head list;
uint32_t dst;
uint32_t gateway;
uint32_t netmask;
uint8_t flags;
uint32_t metric; //metric即度量，决定了ip在路由中的下一跳，在这个项目中根本没用（苦笑）
struct netdev *dev;
};
routes是一个全局变量，是一个循环链表，里面存储了所有的局域网（应该可以这么说）。在那个循环里面，会注意比对目的ip地址 daddr 与每个局域网的 dst 属性在进行子网掩码运算后的值，如果可以匹配，则说明属于该局域网，就返回该局域网的 entry。
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原文地址：https://www.cnblogs.com/lunar-ubuntu/p/13961733.html
